新型高可靠性低功耗6管SRAM單元設(shè)計(jì)
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時(shí)間：2011-11-22
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
(1)空閑模式
在空閑模式下，即讀操作和寫(xiě)操作都不工作的情況下，當(dāng)O存在Q點(diǎn)時(shí)，M3打開(kāi)，Qbar保持在VDD，同時(shí)M2，M4是關(guān)閉的，此時(shí)Q點(diǎn)的數(shù)據(jù)0可能受到漏電流IDS-M2漏電堆積，從而在Q點(diǎn)產(chǎn)生一定電壓，甚至可能導(dǎo)致Q點(diǎn)數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn)，產(chǎn)生錯(cuò)誤邏輯。因此要利用M1管的漏電流，主要是M1的亞閾值電流，為了這個(gè)目的，需要在空閑模式下將位線
拉到地，同時(shí)將字線WL保持在亞閾值工作的條件下，這樣就可以無(wú)需刷新正確存儲(chǔ)數(shù)據(jù)0。當(dāng)1存在Q點(diǎn)時(shí)，M4，M2打開(kāi)，在Q和Qbar之間有正反饋，因此Q點(diǎn)被M2管拉到VDD，Qbar被M4管拉到地，但是此時(shí)M1管是處在亞閾值條件下，因此有一條路徑從VDD到，這會(huì)導(dǎo)致Q點(diǎn)數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，甚至有可能翻轉(zhuǎn)，由于流經(jīng)M2的電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于流經(jīng)M1的電流，數(shù)據(jù)相對(duì)還是比較穩(wěn)定的。另一條位線BL拉到地，在空閑模式下讀路徑這端漏電流很小，可以忽略。(2)寫(xiě)循環(huán)
寫(xiě)1操作開(kāi)始，WL高電平打開(kāi)M1管，讀控制管RL關(guān)閉，
充電使得=1，BL=0，Q點(diǎn)開(kāi)始充電到1(此時(shí)由于NMOS管傳遞的是弱1)，從而打開(kāi)M4管，使Qbar=0，同時(shí)正反饋打開(kāi)M2管，將Q點(diǎn)保持在強(qiáng)1；相反，寫(xiě)0操作的時(shí)候，位線放電到=0，打開(kāi)字線WL，Q=0，同時(shí)打開(kāi)M3管，Qbar=1。在結(jié)束寫(xiě)操作后，單元進(jìn)入空閑模式。(3)讀循環(huán)
讀操作主要由M5，M6管負(fù)責(zé)，Qbar連接到M5管的柵極，BL充電到高電平。讀1的時(shí)候，Q=1，Qbar=0，M5關(guān)閉的，因而靈敏放大器從BL讀出的是1；當(dāng)讀0操作的時(shí)候，WL字線關(guān)閉的，RL開(kāi)啟，Q=0，Qbar=1，管子M5開(kāi)啟，M5管和M6管共同下拉BL，讀出數(shù)據(jù)0。在結(jié)束讀操作后，單元進(jìn)入空閑模式。
2．1 噪聲容限
噪聲容限是在沒(méi)有引起單元翻轉(zhuǎn)前提下引入存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的最大噪聲電壓值。在讀操作的時(shí)候，噪聲容限對(duì)于單元的穩(wěn)定性更加重要，因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)的SRAM中讀噪聲容限和讀的電流是沖突的，提高讀電流速度的同時(shí)會(huì)降低讀噪聲容限為代價(jià)，所以在傳統(tǒng)SRAM結(jié)構(gòu)中，讀電流和讀噪聲容限不可以分開(kāi)獨(dú)立調(diào)節(jié)，兩者是相互影響制約的。而新結(jié)構(gòu)采用獨(dú)立的讀電流路徑，不包括存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)，因而在讀操作的時(shí)候，位線上的電壓波動(dòng)和外部噪聲幾乎不會(huì)對(duì)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)造成影響，從而大大的增加了讀噪聲容限。
2．2 漏電流
從以上分析可知，當(dāng)數(shù)據(jù)存0的時(shí)候，新型6T-SRAM是通過(guò)M1管的亞閾值電流來(lái)保持?jǐn)?shù)據(jù)的；當(dāng)數(shù)據(jù)存1的時(shí)候，由于M2，M4的正反饋?zhàn)饔?，并且在空閑狀態(tài)下M1處于亞閾值導(dǎo)通狀態(tài)，所以存在從電源電壓到地的通路，這些都會(huì)導(dǎo)致漏電流的增加圖3顯示了這條路徑。在大部分?jǐn)?shù)據(jù)和指令緩存器中，所存的值為0居多，分別占到75％和64％?；谶@些考慮，在標(biāo)準(zhǔn)0．18μm CMOS工藝下，對(duì)普通6T-SRAM和新型6T-SRAM進(jìn)行了平均漏電流仿真。傳統(tǒng)6T-SRAM漏電流為164 nA，新型6T-SRAM漏電流為179 nA，新型SRAM比傳統(tǒng)的大9％，這是可以接受的范圍因?yàn)樾滦蚐RAM采用漏電流保持技術(shù)，從而不需要數(shù)據(jù)的刷新來(lái)維持?jǐn)?shù)據(jù)，另外漏電泄露不會(huì)在Q點(diǎn)產(chǎn)生過(guò)高的浮空電壓，因而數(shù)據(jù)更加穩(wěn)定。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/178360.htm
2．3 功耗
一般而言，位線是產(chǎn)生動(dòng)態(tài)功耗的主要部分，所以說(shuō)往往在讀／寫(xiě)操作轉(zhuǎn)換過(guò)程中位線的變化會(huì)消耗主要的功耗，本文對(duì)傳統(tǒng)6T-SRAM和新型6T-SRAM單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行了功耗仿真，如表1所示。
表1中可以看出，在傳統(tǒng)的6T-sRAM讀／寫(xiě)過(guò)程中，對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的兩個(gè)位線電壓的變化是一致的，因而功耗是相同的。新型6T-SRAM單元功耗比傳統(tǒng)單元低了很多，這是因?yàn)樵谧x／寫(xiě)操作的時(shí)候，參與工作的管子數(shù)量少，并且只有一個(gè)位線參與工作，并且在寫(xiě)0的時(shí)候，由于位線是0，所以功耗很低。
評(píng)論